(57)【要約】  【課題】  高速で画像を形成する画像形成装置において、高速回転する定着装置の加圧ローラの耐久性を向上させ、用紙に形成される画像の質の低下を防ぐ。  【解決手段】  内部にヒータを設けた定着ローラと、この定着ローラに圧接して用紙が通過するニップ部を形成する加圧ローラとを有する定着装置において、加圧ローラは芯金を取り巻く弾性体の内部に軸線方向と平行に複数の弾性パイプを埋設したものとすることにより、高速回転下で圧力をかけて繰り返し変形しても、弾性を維持しながら元の形状に戻りやすくする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にヒータを設けた定着ローラと、この定着ローラに圧接して用紙が通過するニップを形成する加圧ローラとを有する定着装置であって、前記加圧ローラは芯金を取り巻く弾性体の内部に軸線方向と略平行に複数の弾性パイプを埋設したものであることを特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項２】
前記弾性パイプの弾性率を前記弾性体の弾性率よりも高くしたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記弾性パイプが前記芯金と同心円をなすように一列に並ぶことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記弾性パイプは、前記同心円上に略等間隔に並んでいることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の定着機構においては、トナー像を安定して定着させるために、未定着トナー像を担持する用紙に熱・圧力をかける、加圧ローラと定着ローラのニップ部に所定の幅を確保する必要がある。そのため、加圧ローラに一定以上の圧力をかける必要がある。
【０００３】
一方、近年の省エネルギー対策が進むなかで、加圧ローラにおいて、ウォームアップ時間の短縮が可能な熱容量の小さいスポンジローラが使われるようになってきている。この場合、かける圧力を大きくすると、加圧ローラがニップ部で繰り返し変形するうちに材料の弾性が失われ、圧力を受けて潰れたスポンジのセルが元の形状に戻りにくくなる。これによって用紙にかかる圧力が使用初期のころと比べ変化したり不均一になったりし、定着された画像の質の低下を招くことになる。
【０００４】
そこで、できるだけ圧力をかけずに適切なニップ幅を得るために、加圧ローラ軸方向に貫通孔を設けることによって変形を容易にし、また熱容量も小さくするという提案がなされている（特許文献１、２）。また、スポンジローラの硬度を上げることによって耐久性を向上させつつ、発泡率を上げることによって同様の効果を得るという提案もなされている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平７−２９５４１８号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−２４４４６６号公報（第５頁、図２）
【特許文献３】特開平９−２１２０２５号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の特許文献に開示された技術ではかける圧力が低くなることから加圧ローラのニップ部での繰り返し変形に対する耐久性は向上するが、いずれもプロセススピードの上昇による高速回転下では耐久性を満足するものではない。まず、貫通孔を設けたもの（特許文献１、２）ではニップ部での変形は容易になされるものの、変形によって屈折する部位では耐久性は低下することになる。また、スポンジローラの硬度を上げたもの（特許文献３）でも、発泡率が上がっていることによりセルが潰れやすくなっているため、屈折する部位が生じ、全体として耐久性は低下し、さらに弾力が十分ではないため高速回転下ではニップ部で潰れたセルがローラが一周して次にニップ部に来るまでに元に戻らず、画像品質を低下させることにもなる。
【０００６】
そこで本発明では、十分な弾性と耐久性とを両立させた加圧ローラおよびこの加圧ローラを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の定着装置では、内部にヒータを設けた定着ローラと、この定着ローラに圧接して用紙が通過するニップを形成する加圧ローラとを有する定着装置であって、前記加圧ローラは芯金を取り巻く弾性体の内部に軸線方向と略平行に複数の弾性パイプを埋設した構成とする。
【０００８】
また、本発明の定着装置では、前記弾性パイプの弾性率を前記弾性体の弾性率よりも高くする。
【０００９】
また、本発明の定着装置では、前記弾性パイプを前記芯金と同心円をなすように一列に並べる。
【００１０】
また、本発明の定着装置では、前記弾性パイプを、前記同心円上に略等間隔に並べる。
【００１１】
また、本発明では、画像形成装置に以上のいずれかの定着装置を備えさせるものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による定着装置は、内部にヒータを設けた定着ローラと、この定着ローラに圧接して用紙が通過するニップを形成する加圧ローラとを有し、前記加圧ローラは芯金を取り巻く弾性体の内部に軸線方向と略平行に複数の弾性パイプを埋設したものであるため、通常のスポンジを用いたものに比べ、高速回転下で圧力をかけて繰り返し変形しても元の形状に戻りやすく、良好な画像を継続して定着することができる。しかも、パイプ内の空気が断熱層としての役割を果たし熱容量が小さくなることから、ウォームアップ時間を短縮することもできる。
【００１３】
また、本発明によれば、前記弾性パイプの弾性率を前記弾性体の弾性率よりも高くすることにより、前記加圧ローラは一層元の形状に戻りやすく、良好な画像を継続して定着することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記弾性パイプを前記芯金と同心円をなすように一列に並べることにより、ニップ幅が均一となり、良好な画像を定着することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記弾性パイプを前記同心円上に略等間隔に並べることにより、ニップ幅が一層均一になり、良好な画像を定着することができる。
【００１６】
また、本発明に係る画像形成装置は、以上のいずれかの定着装置を備えるため、長期にわたって定着性が良好な画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る定着装置を設置した、本発明の画像形成装置の実施形態の一つである複写機の概略構成図である。本体ハウジング１は、上ハウジング１１と下ハウジング１３と、その間に位置する連結ハウジング１２とを有し、上ハウジング１１の上には原稿搬送部２が載置される。原稿搬送部２は紙面の奥側を支点として開閉自在に取り付けられている。
【００１８】
原稿搬送部２は、原稿給紙トレイ２１、原稿搬送部本体２２、原稿排紙トレイ２３および原稿カバー２４を備える。原稿排紙トレイ２３は、原稿カバー２４上面の一部として一体に形成されている。原稿給紙トレイ２１は原稿搬送路ｄの上流端をなし、原稿排紙トレイ２３は原稿搬送路ｄの下流端をなす。原稿搬送部本体２２内の原稿搬送路ｄには、原稿搬送方向上流側から順にピックアップローラ２２ａ、搬送ローラ対２２ｂ、レジストローラ対２２ｃ、排出ローラ対２２ｄが設けられている。そして、レジストローラ対２２ｃと排出ローラ対２２ｄとの間に画像読取り部２５が設けられている。原稿給紙トレイ２１に画像面を上向きにセットされた画像原稿（不図示）は、コピー開始ボタン（不図示）が押されると、前記各ローラによって原稿搬送路ｄを搬送され、途中画像読取り部２５で露光部３によって画像が読み取られる。
【００１９】
露光部３は上ハウジング１１に内蔵されている。露光部３は、露光ランプ３１と反射板３２、第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６、イメージセンサ（例えばライン型のＣＣＤ）３７を備える。露光ランプ３１と第１ミラー３３は第１キャリッジ（不図示）上に搭載され、第２ミラー３４、第３ミラー３５は第２キャリッジ（不図示）上に搭載されている。いわゆるシートスルー方式で原稿画像を読み取る場合には、第１キャリッジが画像読取り部２５の直下に移動し、露光ランプ３１からの光照射光が移動中の原稿を露光する。照射光は第１ミラー３３、第２ミラー３４、第３ミラー３５、集光レンズ３６を通じてＣＣＤ３７に到達して光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。他方、原稿固定方式で原稿画像を読み取る場合には、原稿載置板２６上に載置された原稿画像は露光部３による読取走査を受けることにより、ＣＣＤ３７上に縮小結像され、光電変換処理を経て電気信号となるように読み取られる。
【００２０】
下ハウジング１３内には、給紙部４、画像形成部５および定着装置６が内蔵されている。給紙部４についてまず説明する。下ハウジング１３の下部には用紙Ｐが収容された給紙カセット４１が配設され、用紙Ｐはここからローラ４２により１枚ずつ搬送路へ送り出される。また、下ハウジング１３の左側下部には開閉可能な給紙トレイ４３が備えられており、ここに用紙Ｐを載置しておくことにより、前記と同様に用紙はローラ４４により１枚ずつ搬送路へ送り出される。
【００２１】
次に画像形成部５について説明する。画像形成部５は、感光体ドラム５１と、その周囲に配設された帯電器５２、光走査ユニット５３、現像器５４、転写ローラ５５、クリーニング器５６とを備える。感光体ドラム５１は時計回りに回転し、まず帯電器５２により感光体ドラム５１の表面は均一に帯電される。次に、光走査ユニット５３から感光体ドラム５１の表面にレーザ光が照射されて、用紙Ｐに形成される画像の部分又は前記画像以外の部分に相当する電荷が消去され、感光体ドラム５１の表面に静電潜像が形成される。そして現像器５４によって感光体ドラム５１上の静電潜像にトナーが供給され静電潜像が顕像化する。
【００２２】
感光体ドラム５１がさらに回転し、トナー画像が転写ローラ５５と対向する位置に来たときに、それに合わせて、感光体ドラム５１と転写ローラ５５との間に用紙Ｐが搬送されてくる。このとき転写ローラ５５に、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されることにより、感光体ドラム５１上のトナー画像が用紙Ｐ上に転写される。感光体ドラム５１上の転写されなかった残留トナーはクリーニング器５６によって感光体ドラム５１上から除去される。一方トナー画像が転写された用紙Ｐは後述する定着装置６に搬送され、ここでトナー画像が加熱・加圧されて用紙に定着される。その後用紙Ｐは排紙経路を通って排紙トレイ７ａ、７ｂに排出される。
【００２３】
次に定着装置６について説明する。定着装置６は、定着ローラ６１と加圧ローラ６２とが圧接してなる。図２に第１実施形態に係る定着装置６の斜視図、図３に正面図を示す。定着ローラ６１にはヒータ（図示せず）が内蔵されている。加圧ローラ６２は、芯金６３と、芯金６３を取り巻く弾性体６４と、表面を被覆する表面離型層６６とを備え、定着ローラ６１に圧接するとその部分が変形して、用紙Ｐにトナー画像を定着させるニップ部６７を形成する。
【００２４】
加圧ローラ６２は、Ａ３用紙（４２０ｍｍ×２９７ｍｍ）を使用できるようニップ部の長さを３１０ｍｍとし、外径が１４ｍｍの鉄製の芯金６３の外側を取り巻くように弾性体６４としてシリコーン系弾性体を設け、その外側に表面離型層６６として膜厚５０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、全体の外径を２５ｍｍにしている。なお、この数値は一つの好適例であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００２５】
第１実施形態では、多数の弾性パイプ６５を芯金６３と略平行にシリコーン系弾性体６４の内部に埋設することを特徴とする。弾性パイプ６５は断面略円形で、その直径は互いにほぼ等しいことが好ましい。弾性パイプ６５を芯金６３と略平行に配置しているのは、加圧ローラ６２の軸線方向での弾性のバラツキを少なくするためである。
【００２６】
また、埋設された弾性パイプ６５の両端面は閉塞構造よりも開放構造であることが好ましい。これは、閉塞構造であると、弾性パイプ６５内部の空気が解放されないために定着ローラ６１とのニップ部６７において加圧ローラ６２が十分に変形できない懸念が生じるからある。また、空気の膨張、収縮にともない熱変形が大きくなる懸念も生じるからである。
【００２７】
なお、弾性パイプ６５は互いに接触していてもよいし非接触であってもよい。弾性パイプ６５はテトラフルオロエチレンとパーフルオルアルキルとパーフルオルビニルエーテルの共重合体（ＰＦＡ樹脂）からなり、その弾性率は弾性体６４の弾性率より高いことが好ましい。弾性パイプ６５の材質としては、ＰＦＡ樹脂が好ましく用いられるが、他に、フフッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレン等）、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等も用いることができる。
【００２８】
また、加圧ローラ６２の軸線に垂直な断面において、弾性パイプ６５の空孔の面積の合計が加圧ローラ６２の断面積の４０〜６０％を占めるように、弾性パイプ６５の数および直径を設定することが好ましい。前記範囲を下回ると加圧ローラ６２の耐久性悪化等の懸念が生じ、前記範囲を上回ると加圧ローラ６２の熱容量が低くなり過ぎる傾向となり、連続してトナー画像を定着させる場合において定着性が悪化したり、加圧ローラ６２の硬度低下等の懸念が生じる。
【００２９】
以上のように構成することで、加圧ローラ６２の空隙率が高くなり、熱容量が低くなるためウォームアップ時間の短縮を図れる。しかも、弾性体６４に埋設された弾性パイプ６５の熱変形が少ないために、繰返しトナー画像を定着しても、安定して定着するのに必要な硬度を確保できるため、良好な画像を連続して定着することができる。ＰＦＡ樹脂でできた弾性パイプ６５としては、加圧ローラ６２の直径が２５ｍｍの場合、外径は０．５〜２ｍｍ、肉厚は５〜２０μｍであることが好ましい。
【００３０】
上記加圧ローラ６２の作製は、例えば、複数本のＰＦＡ樹脂でできた弾性パイプ６５を芯金６３の周囲に略平行に束状に配置してその両端を固定し、金型により弾性パイプ６５間の空隙にシリコーン系弾性体６４を加硫成型（例えば２５０℃、２０分間）すればよい。その後、外周面に接着剤を塗布した芯金６３を挿入し、接着剤が硬化後、ローラ外周面を所望の外径になるまで切削する。特に、弾性パイプ６５の成型時の変形を防止するために空気圧をかけるようにすることが好ましい。
【００３１】
図４は本発明の第２実施形態に係る定着装置６の加圧ローラ６２の正面図である。第２実施形態では、第１実施形態と同様の弾性パイプ６５を芯金６３と同心円をなすように一列で並べることを特徴とし、特に略等間隔で並べることが好ましい。また、並べた弾性パイプ６５の外側の包絡円の直径が加圧ローラ６２の直径の９０〜９８％となるように配列することが好ましい。前記範囲を下回ると弾性パイプ６５内の空気層による断熱効果が悪化する傾向となりウォームアップ時間増加の懸念が生じ、前記範囲を上回ると定着ローラと加圧ローラ６２とのニップ部において弾性パイプ６５内の空気層による凹凸が影響をおよぼし定着ムラ発生の懸念が生じる。
【００３２】
なお、弾性パイプ６５の両端面は閉塞構造よりも開放構造であることが好ましいこと、弾性パイプ６５は互いに接触していてもよいし非接触であってもよいこと、弾性パイプ６５の材質、外径、肉厚については、上記第１実施形態と同様である。
【００３３】
上記加圧ローラ６２の作製は、例えば、複数本のＰＦＡ樹脂でできた弾性パイプ６５を芯金６３の周囲に円形に配置しその両端を円形を維持するように固定し、金型により弾性パイプ６５間の空隙にシリコーン系弾性体６４を第１実施形態と同様に加硫成型すればよい。特に、弾性パイプ６５の成型時の変形を防止するために空気圧をかけるようにすることが好ましい。その後は第１実施形態と同様である。
【００３４】
以上のような構成とすることで、弾性パイプ６５の空気層が断熱層の役割を果たし、加圧ローラ６２全体としての熱容量が低減されるため、ウォームアップ時間の短縮を図れるとともに、第１実施形態に比べて、加圧ローラ６２の軸線方向での弾性のバラツキをより少なくすることができるとともに、埋設する弾性パイプ６５の数を少なくすることができるために加圧ローラ６２の熱容量が低くなり過ぎることがなく定着性が悪化することがない。
【００３５】
＜実施例＞
以上の効果を京セラミタ株式会社製プリンタＦＳ−１９２０により調査した。実験は、加圧ローラとして、未処理、第１実施形態および第２実施形態のものを使用し、ウォームアップ時間の計測と、初期（未使用状態）および２０万枚定着後の加圧ローラのアスカー硬度を測定することにより行った。その結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
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表１より、未処理の加圧ローラに比べて、空隙率の高い第１、第２実施形態の加圧ローラを使用した場合に、ウォームアップ時間が１．５〜２秒短縮されることが明確となった。しかも、トナー画像定着後のアスカー硬度の低下が未処理に比べて少ないことも明確となった。これは、未処理の加圧ローラの場合、トナー画像の定着を繰返すに従い、弾性層のスポンジが潰れやすいために硬度を維持することができなかったのに対して、第１、第２実施形態ではシリコーン系弾性体に埋設されたＰＦＡ弾性パイプの変形が少ないために硬度を維持し続けたためである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の斜視図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る定着装置の正面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る定着装置の加圧ローラの正面図。
【符号の説明】
【００３８】
６      定着装置
６１    定着ローラ
６２    加圧ローラ
６３    芯金
６４    弾性体
６５    弾性パイプ
６６    表面離型層
６７    ニップ部
【図１】
2005265879.tif 000004
【図２】
2005265879.tif 000005
【図３】
2005265879.tif 000006
【図４】
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